模擬失重實驗“頭低腳高”臥床90天，你能堅持多久？

如果讓你一天24小時必須躺著，而且要保持頭低腳高的姿勢不變，你能堅持多久呢？最近，航天員90天長期頭低位臥床實驗引發(fā)關注。作為經典的模擬失重生理實驗，參加者需要接受諸多考驗。那么，這項實驗是如何開展的呢？意義又是什么呢？

研究長期失重狀態(tài)

眾所周知，外太空是失重環(huán)境，人們長期生活在有重力的環(huán)境里，一旦邁入失重環(huán)境，有可能面臨各種生理和心理上的變化。相關數據顯示，失重會導致骨質流失、骨骼肌萎縮，內耳前庭、視覺系統(tǒng)受到不良影響，引發(fā)運動耐力、立位耐力下降等一系列問題。

為了研究失重對人體造成的不良影響，保障航天員們的身體健康和工作效率，科研人員不得不花費大量精力觀察人體失重后產生的生理變化，以探索保護措施。最常見的失重研究就是在飛機上創(chuàng)造失重條件。通常情況下，飛機在做拋物線飛行時會產生失重，但這只能提供幾十秒的失重時間，無法長時間觀察人體在失重情況下的變化。而利用水的自然浮力抵消部分重力作用的浸水模擬失重法，雖然可以長期觀察，但仍無法避免重力的影響。

除了上述兩種方式外，頭低位臥床也是經典的模擬失重方法。在長時間保持頭低腳高姿勢的情況下，人的體液會向頭和胸部轉移，腿部肌肉、骨骼也會產生相應影響，這些變化都和失重后的身體變化相近。科研人員通過這種實驗，可以獲得長期失重環(huán)境對人體影響的數據。

頭低位臥床實驗最早源于上世紀70年代，當時蘇聯航天員執(zhí)行完航天飛行任務返回地球后，睡覺時常常感覺身體在向下滑。為了改變這種異常感覺，他們決定把床腳抬高到自己所感覺到的水平狀態(tài)?？蒲腥藛T由此發(fā)現，-6°頭低位臥床引起的生理變化和航天飛行中失重引起的生理變化最為接近。很快，頭低位臥床成為全球航天大國研究失重狀態(tài)的標配實驗。

志愿者進行長期頭低位臥床實驗

躺足90天刷新世界紀錄

我國在載人航天工程啟動之初，就針對短期飛行開展了7~21天的頭低位臥床實驗。2006年以后，為了后續(xù)載人航天進一步發(fā)展，我國又實施了多次周期較長的大型實驗。

2007年，我國首次組織了有境外科研機構參與的“地星一號”60天頭低位臥床實驗，21名志愿者均為男性。該實驗首次系統(tǒng)研究了我國志愿者免疫功能的變化，盡管目前該實驗還不能完全復制外太空環(huán)境中航天員所有免疫功能的變化，但仍然為未來長期空間飛行的失重狀態(tài)防護提供了科學依據。

2009年6~7月，中國航天員科研訓練中心開展了為期30天的頭低位臥床實驗，科研人員同樣獲得了大量數據，發(fā)現神經肌肉電刺激方法能減緩下肢肌肉廢用性萎縮速度，但不能逆轉。之后我國又相繼開展了15天女性頭低位臥床實驗和45天頭低位臥床實驗等，并均取得了重大成果。

2019年，中國航天員科研訓練中心開展了90天36人頭低位臥床實驗，也就是“地星二號”實驗。這次實驗不但持續(xù)時間、參與人數都刷新了世界紀錄，而且參與研究的團隊多達22家。由于整個實驗分3個階段，分別是臥床前適應測試期15天、90天臥床期、起床后測試恢復期33天，所以實驗的實際時長近140天。

“地星二號”實驗中志愿者在臥位跑臺上鍛煉，進行運動心肺功能測試

躺著實驗不簡單

在“地星二號”實驗中，對志愿者們來說，鍛煉、測試的項目相當多，包括立位耐力、運動心肺功能、肌力、肌肉體積和骨密度等多項測試，而且為了更加客觀真實，36名志愿者被隨機分成了5個實驗組，采用分批臥床的方式進行實驗。

在實驗前的15天，受試者需要逐漸適應頭低位臥床的姿勢。受試者以-6°頭朝下的姿勢熟悉進食、飲水、淋浴、排尿和排便等一系列日?；顒?。所有志愿者需要在整個實驗期間保持這一姿態(tài)，對于正常人來說，長時間保持這個姿勢就已經不是件特別輕松的事，更不用說還要完成日?；顒恿?。

受試者跑步、騎自行車的鍛煉模式和我們日常的鍛煉模式截然不同。頭低位臥床的情況下，他們的姿勢是完全側過來的，跑步機變成了垂直跑步臺，自行車的踏板也旋轉了90°。在實驗過程中，受試者可以自行測量每日心率、血壓和體溫，并記錄數據。同時，受試者還被要求寫日記，當然寫作也是在頭低位臥床姿勢下完成的。

“地星二號”實驗中志愿者臥位騎自行車，進行運動心肺功能測試

受試者還被教導在垂直跑步的過程中掌握自己的呼吸和站立姿勢，控制關節(jié)的運動和肌肉的力量，以確保運動的效果和安全性。這次實驗特別注重心理上的支持，科研人員設計了一些游戲和活動，讓受試者們保持良好的精神狀態(tài)。為防止發(fā)生意外，科研人員還針對受試者個人做及時而高效的心理評估。實驗期間，航天英雄楊利偉也來到現場和受試者交流。有了偶像的支持，想必他們會備受鼓舞。

通過這次實驗，科研人員發(fā)現，每周堅持4天、每天進行30分鐘的跑步鍛煉可以使人在90天頭低位臥床后仍保持有氧耐力。另外，建議防護措施中應考慮影響骨質流失的其他因素,比如藥物和營養(yǎng)干預措施。

中國空間站時代已經來臨，航天員能成功開展空間站長期在軌駐留工作，除了自身努力，也和地面上無數科研人員的奮斗息息相關。正是他們不斷攻關克難，確保航天員在軌飛行所使用的防護措施有效且高效，為航天員的長期駐留保駕護航。（作者：林胤之 把關專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）